EP1390559A1

EP1390559A1 - Frequenzabgleich für bulk-acoustic-wave resonatoren durch lokales ionenstrahlätzen

Info

Publication number: EP1390559A1
Application number: EP01962685A
Authority: EP
Inventors: Robert Aigner; Stephan Marksteiner; Winfried Nessler; Lüder ELBRECHT; Hans-Jörg TIMME
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2004-02-25
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: EP1816233A2; JP2004527972A; DE50112976D1; KR20040005977A; WO2002095085A1; EP1390559B1; DE50114591D1; EP1816233B1; WO2002095085A8; EP1816233A3; US20040212459A1

Abstract

Erfindungsgemäss wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem lokal angepasstem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: a) zumindest eine Schicht wird auf ein Substrat aufgebracht, b) ein Abtragsprofil wird für die aufgebrachten Schicht (7) bestimmt, und c) zumindest ein Ionenstrahl (9) wird zumindest einmal über die Schicht geführt, so dass am Ort des Ionenstrahls eine lokale Ätzung der Schicht (7) entsprechend dem Abtragsprofil erfolgt und eine Schicht mit einem lokal angepasstem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil erzeugt wird.

Description

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3

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem lokal angepaßtem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil bereitzustellen, das die genannten Schwierigkeiten vermindert bzw. ganz vermeidet. Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das zur Einstellung der Eigenfrequenzen von piezoelektrischen Schwingkreisen verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem lokal angepaßtem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem lokal angepaßtem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:

a) zumindest eine Schicht wird auf ein Substrat aufgebracht,

b) ein Abtragsprofil wird für die aufgebrachten Schicht bestimmt, und

c) zumindest ein Ionenstrahl wird zumindest einmal über die Schicht geführt, so daß am Ort des Ionenstrahls eine lokale Ätzung der Schicht entsprechend dem Abtragsprofil erfolgt und eine Schicht mit einem lokal angepaßtem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil erzeugt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß sowohl zufällige Schwankungen von Wafer zu Wafer als auch systematische Schwankungen zwischen Wafermitte und Waferrand korrigiert werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine kosteneffiziente Korrektur dieser Schwankungen mit vergleichsweise einfachem Equipment . Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, Schichten mit gezielt unterschiedlich dicken Bereichen herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt zusätzlich den Vorteil, daß es universell für beliebige Schichtmaterialien und Schichtdicken einsetzbar ist. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren mehrfach angewendet werden, falls das Abtragsprofil im ersten Versuch nicht erreicht werden konnte. Dabei profitiert der

Maschinendurchsatz erheblich von Fortschritten, die sich in den Verfahren zur Schichtabscheidung ergeben.

Bevorzugt erfolgt die Bearbeitung der Schicht über den gesamten Wafer, wobei das erfindungsgemäße Verfahren an die Anforderungen, die durch eine industrielle Massenfertigung, beispielsweise hinsichtlich des Durchsatzes, vorgegeben sind, angepaßt ist . Die Bearbeitungszeit des erfindungemäßen Verfahren liegen im Bereich zwischen 1 und 60 Minuten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung der Eigenfrequenzen von piezoelektrischen Schwingkreisen verwendet. Auf diese Weise erhält man ein Verfahren, das eine direkte Einflußnahme auf die Eigenfrequenz erlaubt. Dabei ist das Verfahren vor, während und nach Fertigstellung des Schwingerstacks anwendbar. Es ist jedoch bevorzugt, wenn das Verfahren an einem bereits im wesentlichen fertiggestellten Schwingkreis durchgeführt wird. Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß ein

Frequenzabgleich auf Waferebene durchgeführt werden und daß die Eigenfrequenzen von piezoelektrischen Schwingkreisen über einen großen Trimmbereich von bis zu 20% eingestellt werden können .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Ausdehnung des Ionenstrahls größer als 1 mm, J L to to μ> in O in o in o in

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1

2

25 Fig. 7 - 8 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

unteren Elektrodenschicht 5, einer Piezoschicht 6 und einer für die Deckelelektrode vorgesehenen oberen Elektrodenschicht 7. Die Elektrodenschichten 5, 7 sind vorzugsweise Metall, und die Piezoschicht 6 ist z. B. AlN, ZnO oder PZT-Keramik (PbZrTi) . Diese Schichtstruktur besitzt insgesamt typisch die Dicke von etwa 5 μm. Anstatt des Hohlraums können auch andere akustisch isolierende Unterbauten, wie beispielsweise akustische Spiegel, verwendet werden.

Zur Einstellung einer der gewünschten Eigenfrequenz wurde die oberen Elektrodenschicht 7 mit einem lokal angepaßtem Dickenprofil erzeugt. Im vorliegenden Beispiel bedeutet dies, daß die oberen Elektrodenschicht 7 im Bereich des piezoelektrischen Schwingkreises direkt über der Piezoschicht 6 deutlich dünner ausgebildet als in den übrigen Bereichen. Dabei wurde das in Fig. 1 gezeigte Dickenprofil der oberen Elektrodenschicht 7 entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt .

Die Figuren 2 bis 4 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel des in Fig. 1 gezeigten, piezoelektrischen Resonators. Der Ausgangspunkt ist dabei die in Fig. 2 gezeigte Struktur, die einem piezoelektrischen Schwingkreis ohne oberen Elektrodenschicht 7 entspricht. Die in Fig. 2 gezeigte Struktur wirkt somit als eine Art Substrat für die nachfolgende Abscheidung der oberen Elektrodenschicht 7.

Anschließend wird durch ein Sputterverfahren ein relativ dicke Metallschicht, beispielsweise eine Wolfram-Schicht, erzeugt. Anstelle eines Sputterverfahrens kann auch ein CVD- Verfahren oder ein elektrochemisches Verfahren eingesetzt werden. Nach dem Aufbringen der Metallschicht wird das Abtragsprofil für das Metall bestimmt. Im vorliegenden Beispiel erfolgt diese Bestimmung am Ort des Schwingkreises durch eine Messung der Eigenfrequenz des Schwingkreises. Dazu wird ein Nadelkontakt 8 auf die Metallschicht geführt und die o 0 to to P¹ in o in o in o in cn cn LQ n cn tr tr 0 S Φ H 3 SD Φ H rt φ rt P 0 Ό μ- Φ Φ α (D μ- 0 Φ 3 0 g d= Z 3 d= d d σ d SD cn IQ « LQ

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Widerstandswerten erzeugt werden sollen. Daher wird anschließend eine Lackschicht aufgebracht und entwickelt, so daß eine Lackmaske 12 entsteht, welche an den Stellen geöffnet ist, an denen die Widerstände 13 mit einem ersten Widerstandswert erzeugt werden sollen. Anschließend erfolgt eine Ionenstrahlätzung, die an den geöffneten Stellen der Lackmaske 12 eine Ätzung entsprechend dem vorgegebenen Abtragsprofil mit einem Ionenstrahl 9 durchführt. Alle übrigen Bereiche der Schicht 11 werden dabei durch die Lackmaske 12 geschützt (Fig. 7) .

Ist die erste Ionenstrahlätzung abgeschlossen, wird die Lackmaske 12 entfernt und eine weitere Lackschicht aufgebracht und entwickelt, so daß eine weitere Lackmaske 14 entsteht, welche an den Stellen geöffnet ist, an denen die Widerstände 15 mit einem zweiten Widerstandswert erzeugt werden sollen. Anschließend erfolgt wiederum eine Ionenstrahlätzung, die an den geöffneten Stellen der Lackmaske 14 eine Ätzung entsprechend dem vorgegebenen Abtragsprofil durchführt. Alle übrigen Bereiche der Schicht 11 werden dabei durch die Lackmaske 14 geschützt (Fig. 8) . Nach der Entfernung der Lackmaske 14 erhält man eine somit eine Schicht 11 mit einem an den jeweiligen Widerstand lokal angepaßtem Schichtdickenprofil.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit einem lokal angepaßtem bzw. vorgegebenen Schichtdickenprofil mit den Schritten:

a) zumindest eine Schicht wird auf ein Substrat aufgebracht,

b) ein Abtragsprofil wird für die aufgebrachten Schicht bestimmt, und

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausdehnung des Ionenstrahls größer als 1 mm, bevorzugt größer als 5 mm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausdehnung des Ionenstrahls kleiner als 100 mm, bevorzugt kleiner als 50 mm ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Ionenstrahl ein Argon-Ionenstrahl verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Ionenstrahl mit einer gaussförmigen Stromdichteverteilung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der lonenstrahl in Spuren über die Schicht geführt wird und der Spurabstand kleiner als die Halbwertsbreite des Ionenstrahls ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein lonenstrahl mit einer homogenen Stromdichteverteilung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der lonenstrahl in Spuren über die Schicht geführt wird und der Spurabstand kleiner als die Ausdehnung des Ionenstrahls ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die lokale Ätzung der Schicht durch die Stromdichte des Ionenstrahls und/oder die Geschwindigkeit, mit der lonenstrahl über die Schicht geführt wird, gesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor Schritt c) eine Maske, insbesondere eine Lackmaske, auf die Schicht aufgebracht wird, die nur die zu ätzenden Bereiche der Schicht offen läßt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verfahren zur Einstellung der Eigenfrequenzen von piezoelektrischen Schwingkreisen verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bestimmung des Abtragsprofils für die aufgebrachte Schicht eine elektrische Messung der Eigenfrequenzen der piezoelektrischen Schwingkreise durchgeführt wird.

13.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verfahren zur Einstellung der Impendanzen von Widerständen und/oder Kondensatoren verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verfahren zur Erzeugung einer Vielzahl von Membranen mit unterschiedlichen mechanischen Parametern verwendet wird.